Safety4NPP

© Fraunhofer IZFP
© BMUV

Safety4NPP ist der Kurztitel des Projekts »Mikromagnetische zerstörungsfreie Charakterisierung betriebsbedingter Werkstoffveränderung in kommenden ausländischen Kernkraftwerken«.

In vielen europäischen Staaten, auch in direkter Nachbarschaft zu Deutschland, wird die Kernenergie auch zukünftig zur Stromerzeugung genutzt. In einigen Ländern (Frankreich, Finnland) werden derzeit neue Kernkraftwerke gebaut oder befinden sich konkret in Planung (Niederlande, Polen, Tschechische Republik, Vereinigtes Königreich). Um legitime Sicherheitsinteressen kompetent vertreten zu können, ist es notwendig, eigenen Sachverstand zur Beurteilung der Sicherheit neuer nuklearen Anlagen auf internationalem Stand von Wissenschaft und Technik aufzubauen und zu erhalten. Somit sind Forschungsaktivitäten zu weiterentwickelten Reaktorkonzepten, künftigen innovativen Reaktoren sowie kleinen modularen Reaktoren samt der Beurteilung ihrer Sicherheitsstandards erforderlich. Dazu ist die Bereithaltung und Weiterentwicklung unabhängiger zerstörungsfreier Prüfmethoden zur Sicherheitsbewertung und insbesondere Untersuchungen zur Charakterisierung von Konstruktionswerkstoffen für Komponenten über deren Betriebszeit notwendig.

Von maßgeblicher Bedeutung für die Funktionsfähigkeit und Sicherheit neuer ausländischer Anlagen sind Konstruktionswerkstoffe, die Anforderungen wie Hochtemperaturfestigkeit (Einsatztemperaturen von 500 °C bis 950 °C), Korrosionsbeständigkeit in Flüssigmetallumgebung (Wismut-Blei oder Natrium) und Resistenz gegenüber Neutronenbestrahlung erfüllen müssen. Für die Sicherheitsbewertung sind u. a. folgende Schwerpunkte wichtig: Untersuchung des Hochtemperaturverhaltens (Kriechen und Ermüdung), dessen Wechselwirkungen mit Bestrahlungseffekten, des Korrosionsverhaltens und des Einflusses von Flüssigmetallumgebungen auf die Veränderung mechanischer Eigenschaften sowie der Synergieeffekte von Korrosion und Bestrahlung bzw. Kriechen und Ermüdung.

Ziel des Forschungsvorhabens Safety4NPP besteht in der Entwicklung mikromagnetischer Prüfmethoden zur Erfassung der Materialdegradation bei betriebstypischer Beanspruchung zukünftiger ausländischer Reaktorwerkstoffe auf Basis eines validen Verständnisses der zugrundeliegenden mikrostrukturellen Mechanismen. Zunächst soll die Analyse fortschreitender, durch Kriechen und thermomechanische Ermüdung induzierten Veränderungen der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften (z. B. Abnahme der Festigkeit, Zunahme der Kriechdehnung) durchgeführt werden. Diese Werkstoffveränderungen werden zerstörungsfrei mittels mikromagnetischer Prüfverfahren am Fraunhofer IZFP charakterisiert. Mikrostrukturuntersuchungen mittels zerstörender Verfahren sowie die Bestimmungen mechanischer Kenngrößen mittels Indentationsprüfungen am Lehrstuhl für Werkstoffkunde – WKK der TU Kaiserslautern sollen die zerstörungsfreien Methoden und deren Ergebnisse bestätigen. Anschließend werden die Zusammenhänge zwischen mittels zyklischer Indentation bestimmten mikromechanischen Kenngrößen und der beanspruchungsbedingten Mikrostruktur sowie dem makroskopischen Materialverhalten beschrieben. Diese Resultate werden mit den mikromagnetischen Kenngrößen korreliert und abschließend in einer Art digitaler »Lebensakte« abgelegt.

Damit wird die Kompetenz zur Prüfung und Bewertung der Sicherheitsstandards kommender Kernkraftwerke erhalten und ausgebaut, um das deutsche Know-how sowohl auf dem Gebiet der nuklearen Sicherheitsforschung als auch bei der Sicherheitsbewertung innovativer Reaktorkonzepte zu erhalten und ihre internationale Anerkennung zu sichern.

Das Projekt Safety4NPP wird gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Werkstoffkunde, WKK der TU Kaiserslautern, bearbeitet.

Safety4NPP Eckdaten

Verbundvorhaben
Koordination durch Fraunhofer IZFP
Fördergeber: BMUV (PT-GRS)
Laufzeit: 07/2022 bis 06/2025
Gesamtfördersumme: ca. 965 000 €